《Objective-C高级编程》Blocks 阅读笔记 item2(Block的实质)

《Objective-C高级编程》Blocks 阅读笔记系列

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2.3 Blocks的实现

2.3.1 Block的实质

Clang(LLVM编译器)具有将含有Block语法的源代码转换为我们可读源代码的功能。通过“-rewrite-objc”选项就能将含有Block语法的源代码变换为C++的源代码(本质是使用了struct结构的C语言源代码)。

int main()
{
  void (^blk)(void) = ^{printf("Block\n");};
  blk();
  return 0;
}

通过clang转换为以下形式:

// 结构体 __block_impl
struct __block_impl {
    void *isa;
    int Flags;      // 标志
    int Reserved;   // 今后版本升级所需的区域
    void *FuncPtr;  // 函数指针
};


// 结构体 __main_block_impl_0
struct __main_block_impl_0 {
    // 成员变量
    struct __block_impl impl; 
    struct __main_block_desc_0* Desc;
    
    // 该结构体的构造函数
    __main_block_impl_0(void *fp, struct __main_block_desc_0 *desc, int flags = 0){
        // _NSConcreteStackBlock用于初始化__block_impl结构体的isa成员
        // (将Block指针赋值给Block的结构体成员变量isa)
        impl.isa = &_NSConcreteStackBlock; 
        impl.Flags = flags;
        impl.FuncPtr = fp;
        Desc = desc;
    }
};


// 最初的源代码中的Block语法经clang变换,被处理成简单的C语言函数(该函数以Block语法所属的函数名——main和该Block语法在该函数出现的顺序值——0来命名)。
// __ceself为指向Block值的变量。
static void __main_block_func_0(struct __main_block_impl_0 *__cself)
{
    printf("Block\n");
}

// 静态结构体 __main_block_desc_0
static struct __main_block_desc_0{
    unsigned long reserved;     // 今后版本升级所需的区域
    unsigned long Block_size;   // Block的大小
} __mian_block_desc_0_DATA = { // 该结构体实例的初始化部分
    0,
    sizeof(struct __main_block_impl_0) // 使用Block(即__main_block_impl_0结构体实例)的大小进行初始化
};

// main函数,从这里开始阅读源代码
int main()
{
    // 调用结构体__main_block_impl_0的构造函数__main_block_impl_0
    void (*blk)(void) =
        (void (*)(void)) & __main_block_impl_0(
            (void *)__main_block_func_0, &__mian_block_desc_0_DATA);
    /*
    去掉转换部分,如下:
    struct __main_block_impl_0 tmp = __main_block_impl_0(__main_block_func_0, &__main_block_desc_0_DATA);
    struct __main_block_impl_0 *blk = &tmp;
    这段代码对应:
    void (^blk)(void) = ^{printf("Block\n");};
    理解:
    1. 将__main_block_impl_0结构体类型的自动变量(即栈上生成的__main_block_impl_0结构体实例的指针)赋值给__main_block_impl_0结构体指针类型的变量blk
    2. __main_block_func_0是由Block语法转换的C语言函数指针。
    3. __main_block_desc_0_DATA作为静态全局变量初始化的__main_block_desc_0结构体实例指针
    4. 将__main_block_impl_0的__block_impl进行展开,__main_block_impl_0结构体根据构造函数会像下面进行初始化:
    isa = &_NSConcreteStackBlock; 
    Flags = 0;
    Reserved = 0;
    FuncPtr = __main_block_func_0;
    Desc = &__main_block_desc_0_DATA;
    */ 
    
    
    ((void (*)(struct __block_impl *))(
        (struct __block_impl *)blk)->FuncPtr) ((struct __block_impl *)blk);
    /*
    去掉转换部分,如下:
    (*blk->impl.FuncPtr)(blk);
    这段代码对应:
    blk();
    理解:
    1. 使用函数指针调用函数
    2. 由Block语法转换的__main_block_func_0函数的指针被赋值成员变量FuncPtr中
    3. __main_block_func_0函数的参数__cself指向Block值,在调用该函数的源代码中可以看出Block正是作为参数进行了传递
    */
    
    return 0;
}

Block就是Objective-C对象

在弄清楚Block就是Objective-C对象前,要先理解objc_object结构体和objc_class结构体。

  • id类型是objc_object结构体的指针类型。
 typedef struct objc_object {
        Class isa;
 } *id;
  • Class是objc_class结构体的指针类型。
  typedef struct objc_class *Class;
  struct objc_class {
         Class isa;
  } ;
  • objc_object结构体和objc_class结构体归根到底是各个对象和类的实现中最基本的结构体。

*** 如下,通过一个简单的MyObject类来说明Objective-C类与对象的实质:***

@interface MyObject : NSObject
{
  int val0;
  int val1;
}

*** 基于objc_object结构体,该类的对象的结构体如下:***

struct MyObject {
  Class isa; // 成员变量isa持有该类的结构体实例指针
  int val0;  // 原先MyObject类的实例变量val0和val1被直接声明为成员变量
  int val1;
}

理解:

  • MyObject类的实例变量val0和val1被直接声明为对象的成员变量。
  • “Objective-C中由类生成对象”意味着,像该结构体这样“生成由该类生成的对象的结构体实例”。
  • 生成的各个对象(即由该类生成的对象的各个结构体实例),通过成员变量isa保持该类的结构体实例指针。


    Snip20160215_13.png

*** 各类的结构体是基于objc_class结构体的class_t结构体:***

struct class_t {
  struct class_t *isa;
  struct class_t *superclass;
  Cache cache;
  IMP *vtable;
  uintptr_t data_NEVER_USE;
}

理解:

  • 在Objective-C中,比如NSObject的class_t结构体实例以及NSMutableArray的class_t结构体实例等,均生成并保持各个类的class_t结构体实例。
  • 该实例持有声明的成员变量、方法的名称、方法的实现(即函数指针)、属性以及父类的指针,并被Objective-C运行时库所使用。

回到正题——“Block就是Objective-C对象”,*** 先看Block结构体:***

struct __main_block_impl_0 {
    void *isa;
    int Flags;      // 标志
    int Reserved;   // 今后版本升级所需的区域
    void *FuncPtr;  // 函数指针
    struct __main_block_desc_0* Desc;
};

理解:

  • 此__main_block_impl_0结构体相当于基于objc_object结构体的Objective-C类的对象的结构体
  • 对其中的isa进行初始化,如
    isa = &_NSConcreteStackBlock;
    
    即_NSConcreteStackBlock相当于class_t结构体实例
  • 在将Block作为Objective-C的对象处理时,关于该类的信息放置于_NSConcreteStackBlock中。

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